A nehézvíz (deutérium-oxid, D2O vagy ²H2O) tulajdonságai nagyon hasonlítanak a közönséges víz (H2O) tulajdonságaihoz. A különbség abból adódik, hogy a nehézvíz esetében mindkét hidrogénatom a hidrogén nehezebb izotópjára (deutériumra) van cserélve. Emiatt megváltozik a kötési energia a vízmolekulában, maga után vonva - a vízéhez képest - egyes fizikai és kémiai tulajdonságainak megváltozását.

Története 1931-ben Harold Urey fedezte fel a hidrogén deutérium nevű izotópját, amelyet később sikerült a vízből koncentrálnia. Urey témavezetőjének, Gilbert Newton Lewisnek sikerült elsőnek izolálni a nehézvizet elektrolízis útján 1933-ban. Hevesy György és Hoffer 1934-ben nehézvizet használt az egyik legelső biológiai nyomjelző kísérletben, hogy megbecsülje az emberi testben a víz körforgási sebességét.

A nehézvíz fontossá vált a második világháborúban az atombomba gyártása miatt. 1942 és 1945 között Európában egyedül a Telemark tartománybeli Rjukan norvég településen a Vemork vállalat állított elő nehézvizet. A stratégiai fontosságú telephely először francia, majd német kézre került. Norvég ellenállók megtámadták az üzemet, de a németek újra beindították a termelést. A szövetségesek több alkalommal is bombázták a gyárat, végül a németek 50 hordó nehézvízzel elhagyták a helyszínt. A gyártott nehézvíz koncentrációja 1 és 99% között ingadozott. Ezt a hordókon kétjegyű számokkal kódolva jelölték, így csak a beavatottak tudták, melyik hordóban mi a koncentráció. A komp 1944-ben az atombomba előállításához szükséges nehézvíz tizedével indult útnak, de szabotázs miatt rövidesen 434 m mélyre süllyedt, a Tinnsjøs fenekére. A részben megtöltött koncentrált nehézvizes hordók felbukkantak a felszínen. Ezeket a németek összegyűjtötték, és Haigerlochba szállították a kutatóreaktor számára.

Hatvan évvel később Brett Phaneuf régész engedélyt kapott a norvég kormánytól, hogy felhozzon egy, és csak egy hordót. Többet azért nem engedtek, mert a roncs háborús síremlék. A 26-os hordót könnyedén fel tudta nyitni, mivel a tömítőgyűrű sértetlen volt. A helyszíni és a Londonban végzett vizsgálatok szerint a hordót jól tömítették, és benne a nehézvíz koncentrációja 1,1 ±0,2%. A titkos lista szerint ez a hordó 1,64%-os töménységű nehézvizet tartalmazott.ZDF, 2005 július 24. Dokumentation (englischer Originaltext)

A BBC szerint Nagy-Britannia 1958-ban 20 tonna nehézvízzel támogatta Izrael nukleáris programját. A döntés a külügyminisztérium és az atomenergia-hivatal nélkül született meg. A nehézvizet az adatok szerint a Negev-sivatagban épült Dimona erőműben plutóniumtermelésre használták fel.

Fizikai tulajdonságai A nehézvíz () fizikai tulajdonsága csak nagyon kismértékben térnek el a közönséges vízétől (). Tulajdonság D2O (nehézvíz) H2O (könnyűvíz) Olvadáspont, °C 3,82 0,0 Forráspont, °C 101,72 100,0 Sűrűség (20 °C), g/ml 1,1056 0,9982 A legnagyobb sűrűség hőmérséklete, °C 11,6 3,98 Viszkozitás (20 °C), Pa·s 0,00125 0,001005 Felületi feszültség (25 °C), N/m 0,07193 0,07197 Törésmutató, nD 1,32841 1,33251 Olvadáshő, kJ/mol 6,343 6,012 Párolgáshő, kJ/mol 44,024 45,485 Képződéshő (gáz), kJ/mol -249,20 -241,83 Kritikus nyomás, MPa 21,941 22,129 Kritikus hőmérséklet, °C 370,74 374,22 Kritikus moláris térfogat, cm³·mol−1 56,3 55,77

A nehézvíz sűrűsége körülbelül 10%-kal nagyobb, mint a normál vízé. A sók általában kevésbé oldódnak nehézvízben, mint közönséges vízben. A nehézvizes oldatok vezetőképessége általában kisebb, mint a közönséges vizes oldatoké.

Kémiai tulajdonságai Ha közönséges vízzel keveredik, legnagyobb mennyiségen HDO-molekulák képződnek. Az IUPAC azonosnak tekinti a kétféle nehézvizet Nedvszívó tulajdonságú, magába szívja a levegő nedvességét, és ezért felhígul. Kémiai tulajdonságai nagyon hasonlítanak a közönséges vízéihez, csak alig van eltérés. Helyettesítheti a normál vizet vegyületek kristályvizében is.

Az oldó- és a reakciókészség csökkenésének oka a hidrogénatom nagyobb tömege. Emiatt ugyanis alacsonyabb a molekularezgések frekvenciája, és ezek nullponti energiája. Ezért a disszociáció több energiába telik, így a reakciók lelassulnak. Hasonlóan, a hidrogénkötések is nehezebben épülnek ki.

Élettani hatása A legtöbb élőlény számára káros a nehézvíz. Egérkísérletekkel kimutatták, hogy lelassítja vagy megszünteti a sejtosztódást, így a gyorsan osztódó szöveteket károsítja először. Kisebb szervezetek el is pusztulhatnak miatta. Ezeket a hatásokat meg is tapasztalták, amikor az egerek vizének 50%-át nehézvízre cserélték. A nagy tisztaságú deuterált vizet az emberek édesnek érzik, amit édesség érzés egyik inhibitoraként ismert laktizollal elvégzett kísérletekkel igazoltak is. Az agresszív rákbetegséget is fékezheti; a mellékhatások miatt azonban nem éri meg a terápiában használni.

Beépül az élő szervezeteket felépítő szerves vegyületekbe, és csak lassan ürül ki belőle. Emiatt nem-radioaktív nyomjelzésre is használható.

Hasonló vegyületek Nehézvíznek nevezhetők tágabb értelemben az olyan vegyületek is, amelyben a víz hidrogénatomját vagy hidrogénatomjait trícium, a hidrogén harmadik, radioaktív izotópja helyettesíti. Ilyen molekulák például a T2O, a TDO, a THO. Léteznek olyan nehézvízhez hasonló vízmolekulák is, amiben az oxigént helyettesíti valamelyik nagyobb tömegszámú izotópja (17O, 18O). Ide tartozik például a H217O, H218O, D217O, HD17O.

Előfordulása a természetben A természetes vizekben általában a hidrogén 1/5000 részét helyettesíti deutérium. A különböző helyekről származó vizekben ez az arány 1/3500 - 1/5500 között változhat.

Előállítása Leggyakrabban a közönséges vízből állítják elő elektrolízissel. Az elektrolíziskor a katódon fejlődő hidrogén kevesebb deutériumot tartalmaz, mint maga a nehézvíz. Ezért a víz kis mértékben feldúsul nehézvízben. Többször ismételt elektrolízissel gyakorlatilag tiszta nehézvíz is előállítható. Előállítható a víz sokszor ismételt desztillációjával is. Energetikailag hatékony a vizet kén-hidrogén vagy ammóniák fölött desztillálni. Ehhez a vizet elektrolízisből vagy galvánüzemekből veszik, mivel azokban a természetesnél nagyobb a nehézvíz aránya.

Alkalmazása atomreaktorokban neutronmoderátorként neutrínódetektorként Sudbury Neutrínó Obszervatóriumban NMR spektroszkópiában oldószerként deutériumtartalmú vegyületek szintézisében

Egyes nehézvízben is életképes organizmusokkal bonyolult szerves vegyületek is előállíthatók, amikben minden hidrogénatom deutérium. Megjegyzések

Jegyzetek

Fordítás

Kategória:Magfizika Kategória:Oxidok Kategória:Víz